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1、水轮发电定子绕组接地查找方法探讨水轮发电定子绕组接地查找方法探讨洪家渡电站建设公司 黄政551501摘要：本文详细介绍了水轮发电定子绕组接地查找的几种方法，其中主要介绍了有别于传统方法的差动保持护原理法，并对实现此方法的使用仪器提出了改进办法，使产品的生产与使用有机的结合起来，进一步推动了社会生产力的发展。实践证明，差动保护原理法在解决实际问题中是极为有效的。另外，该方法可应用于 220V 直流系统、48V 通讯电源系统的接地查找及处理。1 1、概述、概述定子绕组接地是发电机常见的一种故障,其中定子绕组的单相接地故障尤为常见。对于 大中型发电机中性点不接地或经高阻抗接地的定子绕组,由于单相接地
2、故障并不产生较大的 故障电流,所以定子绕组单相接地保护通常只发信号或延时跳闸.。但应注意到发电机单相接 地故障往往是相间或匝间短路的先兆,因此，对于定子绕组接地只发信号的机组应立即通知 有关部门停机处理，对于延时跳闸的发电机组应立即查清故障并排除后,方可投运。 差动保护是电气元件和线路（220kV）的主保护，它是由装设在被保护对象两侧的电流 互感器及差动继电器组成，动作后果是切除保护范围的供电电源。差动保护原理从前应用 于在线保护电力设，如发电量机，变压器，线路等，在本文中将介绍用该当方法精确查找 定子绕组接地后的接地点。2、发电机发生接班地故障后、发电机发生接班地故障后,接地点的查找方法接地
3、点的查找方法 2.1 绝缘电组法：绝缘电组法： 2.1.1 故障相别的判斷方法：故障相别的判斷方法： 当发电机发生接地故障后,首先用絶缘电阻法判断故障相别。方法是：在做好安全措施 的前提下,取下发电机出口电压互感器一次保险，对于中性点经消弧线圈接地的发电机应将 中性点接地刀闸断开，拉开出口刀闸，按照发电机出口电压等级，根据国家标准，用摇表 测试发电机绝缘。确认发电机接地后，对于中性点可拆开的，拆开后，即可判断出接地点 在哪一相，对于中性点无引出线的发电机,用绝缘电组法只能知道整个发电机有接地点。 2.1.2 接地点的初步估算接地点的初步估算： 目前大、中型发电机均装有 100%定子接地保护，当
4、定子绕组发生接地故障时，保护动 作切除故障，同时打印机打印故障报告，从故障报告提供的信息（如故障时的 3U0值）可 初步估算接地点的位置。下面以 A 相接地为例，讨论最常见的接地故障。金属性单相直接接地，如图 1。 设故障点位于 A 相绕组距中性点 处（ 为中性点至故障点的匝数占一相串联总匝 数的百分比） ，由于接地电流非常小，定子绕组感抗又远小于对地容抗，所以，零序电压 U0可用下式计算 U0=（Ua+Ub+Uc）/3=(Ea+Eb+Ec)-3Ea/3=-Ea 其中，U0为发电机中性点偏移电压，从上式可计算出 值，从 值可初步估算出接地点 在 A 相绕组中大概位置。1图图 1 1 定子定子U
5、 U0 0接线图接线图 （虚线框内发电机出口电压互感器） 2.1.32.1.3 接地点经过渡电阻接地点经过渡电阻 R R 接地接地U0= Ea/（1+j3CgR）令 U0/ Eph= K0,0K01， （K0表示接地系数，K0=0 表示直接接地，K0=1 表示不接 地） ，则发电机三相对地电压分别为Uad= Eph(1- K02)1/2Ubd= Eph1+2 K02- K03(1- K02)1/21/2Ucd= Eph1+2 K02- K03(1- K02)1/21/2 由上式可得图 2图图 2 A 相以过渡电阻接地时发电机各相电势图相以过渡电阻接地时发电机各相电势图 从图 2 可清楚看到：
6、a. 当 R 的改变，K0=01 之间变化，故障相 A 对地电压 Uab在 0Eph之间变化，但不 可能大于 Eph。 b. 在 0K00.655 内，非故障相 B 对地电压 Ubd小于或等于 Eph，其最小值约为 0.823Eph，在 K0=0.349 时以生；在 0K00.5 范围内，非故障 Ubd反而小于故障相电压 Ead。 c. 在 0.756K01 范围内，非故障相电压 Ucd超过 31/2Uph，在 K0=0.937 时最大的 Ucd 约为 1.82 Eph。 d. 对于 A 相经过渡电阻 R 发生机端接地故障时，不管 K0值多大，恒有 UcdUbd。0.30.349 0.5 0.
7、655 0.756 0.937 1.0 K0UadUbdUcdU1.01.821.73U0ZYXzyxcbaCBA消弧 线圈2其中 Ucd、Uad、Ubd、U0可由录波图和保护动作报告中得出。 2.2 如何进一步缩小接地点范围：直流电阻法或差动保护原理法的应用如何进一步缩小接地点范围：直流电阻法或差动保护原理法的应用 定子绕组接地不同于转子接地，不能采用电流烧穿法将接地点消除，因为定子绕组直 接接地时其定子绝缘层已破坏，不论它是经毛刺接地，还是经金属屑接地，都不能将其烧 断继续投运。根据长期的运行经验积累，行之有效的查找方法是： 2.2.1 直流电阻法直流电阻法 当用绝缘电阻法判断出接地点在哪
8、一相后，用变压器直流电阻测试仪或变压器直流电 阻速测欧姆计或双臂电桥分别测量接地相机端和中性点对地电阻，根据电阻可分析出接地 点有大概位置。但由于试验误差，对接地点的估算不可能达到准确无误。而对于中性点无 引出线的发电机，此方法也不能判断出接地点在何处。 2.2.2 差动保护原理法差动保护原理法 2.2.22.2.2 差动保护原理法差动保护原理法 、差动保护的动作原理、差动保护的动作原理原理图见图正常运行时:，I1=I2 ij=i1-i2=0. 因此，继电器两端电压: Uab= ijRj=0. 式中 Rj-继电器内部阻抗。 电流不流经继电器线圈，也不会产生电压，所以继电器不动作。图：差动保护原
9、理图 图中: TA1、TA2-电流互感器 Ru- 保护电阻器; U- 差动继电器。 、发生区内故障: 原理图见图，i1=Id/n (nTA1 电流互感器匝数比) ij=i1- iei1 Uab= ijRji1Rj 此时，电流流入继电器线圈、产生电压，检测出故障， 继电器动作。3图内部故障动作原理图 、发生区外故障:由于短路电流是额定电流的 68 倍且含有较大的非周期分量。当 TA1 与 TA2 特性完全相同时，差动继电器中无电流通过，继电器不动作。若 TA1 与 TA2 特性存在差异或剩磁不同，这时差动继电器中流过不平衡电流，这时只要 差动动作电流大于最大不平衡电流，差动继电器不会动作。图 外
10、部故障动作原理图 根据差动保护原理，定子接地故障查找接线图如图。K1 K2R A B R 图图 电流相位比较法接线图电流相位比较法接线图定子绕组电流相位比较表4其中：UAB=380V， UBN=220V，N 与发电机铁芯相连。 由图知：当 K2 点以生接地时，钳形表读数近似为 120（或 240钳形表同名端反 时） ，进出，而在 K1 点发生接地时，数字式钳形表读数为 180（或 0钳形表同名端反 时） ，由此可以很快查找出接地点。 此方法应用时的说明： 仪器应做的改进仪器应做的改进 由于厂家的钳形表的测电流夹子是一个只能开一小缝的铁夹子，不可能用来夹定子绕由于厂家的钳形表的测电流夹子是一个只
11、能开一小缝的铁夹子，不可能用来夹定子绕 组，因此，应对其进行改进成能测量定子绕组电流和钳形表。将钳形表两侧各钻一小孔攻组，因此，应对其进行改进成能测量定子绕组电流和钳形表。将钳形表两侧各钻一小孔攻 丝，在丝口上配上适当镙丝，将足够粗的导磁线料（如硅钢片或铁丝等）绕过定子绕组后丝，在丝口上配上适当镙丝，将足够粗的导磁线料（如硅钢片或铁丝等）绕过定子绕组后 接于两镙丝上，测量时先接好线，打开钳形表，这时就可以测量差流判断绕组是否接地。接于两镙丝上，测量时先接好线，打开钳形表，这时就可以测量差流判断绕组是否接地。 必须在回路中串联适当电阻。用来限制回路中的电流，防止短路。必须在回路中串联适当电阻。用
12、来限制回路中的电流，防止短路。2.32.3、经过渡电阻接地的几种查找方法、经过渡电阻接地的几种查找方法经过渡电阻接地有两种情况，一种是绝缘存在缺陷，直流耐压时个别相泄漏电流过大， 另一种是加不上直流电压，但对地存在电阻。现分两种情况进行查找： 2.3.12.3.1 泄漏电流过大泄漏电流过大 对于定子绕组直流耐压时泄漏电流过大的缺陷处理在高压电气设备试验方法一书 中进行了详细论述，在此仅作简单介绍，其原理是根据当直流电压加在线棒上时，存在绝 缘缺陷的线棒电压则无变化。试验中用金属叉具探测端部电压实现。 2.3.22.3.2 对于经小过渡电阻接地，按以下方法处理对于经小过渡电阻接地，按以下方法处理
13、 1 1 电阻测量法电阻测量法根据机组的特点，对故障相线棒的薄弱环节进行电阻检查，具体方法是将万用表的一 头接故障相的发电机出口，另一端检测故障相线棒的外观有破损、潮湿的地方，若测试点 与机端间电阻的电阻较低或为 0 时，应认真检查该缺陷点，并处理之，再检测故障相绝缘， 若有上升，则证明该点为故障点。该方法的理论根据是定子绕组内侧由于在装配时垫了绝 缘材料，故其接地的机率与铁芯、线棒侧壁和外侧接地相比要小得多。实践证明，该方法 对定子经小过渡电阻接地有一定的作用。且节约时间。但对经小过渡电阻接地的缺陷并不 是所有的都能用接地电阻法查找出来。 2 2 绝缘破坏法绝缘破坏法对于经小过渡电阻接地，对
14、地电阻法不能找出故障点的间隙接地， （因为在此状态 下加直流电压可能加不上来） ，可采用突然加直流高压或加交流电压（如 5kV，10kV，20kV 逐渐加压）将经小过渡电阻接地击穿成直接接地来处理（加压时在保证安全情况下，派人 监视发电机放电点，以便处理绝缘薄弱点） 。 3 3 二分法或黄金分割法二分法或黄金分割法 对于经过渡电阻接地经绝缘破坏法绝缘破坏法方法仍不能发现接地点的定子接地故障，可用二分 法或黄金分割法进行查找处理。所谓二分法所谓二分法就是在故障相绕相的 1/2 处将其并头套打开，先判断出故障点在哪一半， 再继续用二分法查找故障点，如此下去最终总能将故障点找到；黄金分割法黄金分割法
15、：在故障相绕 组全长的 0.618 倍处将其并头套打开，先判断出故障点在哪一半，再继续用此法查找故障 点，如此下去最终总能将故障点找到。此方法是不得已而为之的方法，它虽然最终总能查 出故障点，但由于拆除、恢复定子线圈并头套工作复杂，工艺要求较高，非万不得已不宜 采用此方法。4 4、结束语、结束语5定子接地故障在发电机上是一种常见故障。如何在最短的时间内将其排除，对确保电 网的安全经济运行具有极大的现实意义，本文提出的基于差动保护原理的相位比较法在实 践中证明是切实可行的，它的应用将极度大提高定子接地查找的工作效率，为社会创造经 济效益。同时，该方法还可应用于直流接地故障的在线查找。作者简介：黄政，男，工程硕士,高级工程师。从事水电站技术管理工作。
